同じ時刻に見える星空が季節ごとに変わるのは、地球が太陽のまわりを公転しているためです。地球が公転すると、夜になったときに地球から宇宙を見渡す方向が少しずつ変わります。その結果、同じ時計時刻でも星は前日より少し西寄りに見え、昇る時刻や南中する時刻は平均して毎日約4分ずつ早くなります。
この約4分の差が1か月で約2時間、半年で約12時間積み重なるため、夏の夜に見やすい星座と冬の夜に見やすい星座が入れ替わります。星そのものが季節ごとに大きく動いているのではなく、動いている地球から夜空を見る向きが変わることが、季節の星空を生み出しているのです。
季節によって変わるのは「夜側から見える宇宙の方向」
地球は約1年かけて太陽のまわりを1周しています。そして1日のうち、太陽と反対側を向いた地域が夜になります。
ある季節の真夜中、地球の夜側から宇宙を見ると、太陽とは反対方向にある星々が見えます。しかし地球が公転して数か月進むと、同じ真夜中でも地球の位置が変わるため、夜側が向く宇宙の方向も変化します。
NASAは、夜に見える星座が時期によって異なるのは、地球が太陽のまわりを公転するにつれて夜空を見通す方向が変わるためだと説明しています。半年ほどたつと地球は太陽の反対側付近まで移動するため、夜側が向く方向もほぼ反対になります。
このため、ある季節に夜空でよく見えていた星座は、半年後には太陽と同じ方向の空に位置し、主に昼間の空にあることになります。星が消えたのではなく、太陽の明るさに隠れて夜には見にくくなっているのです。
地球の自転だけなら毎晩ほぼ同じ星空が戻ってくる
地球は約1日で1回自転しています。この自転によって、星は東から昇り、南や北の空を通って西へ沈むように見えます。
もし地球が太陽のまわりを公転せず、同じ場所で自転だけしているなら、地球が1回転するたびにほぼ同じ星空が同じ時刻に戻ってくるはずです。しかし実際には、地球は自転している間にも公転軌道上を少し進んでいます。
この「自転しながら公転している」という二つの運動の組み合わせが、星空の時刻を毎日少しずつずらします。季節ごとの星空の変化を理解するには、自転による1日の動きと、公転による1年の動きを分けて考えることが大切です。
1恒星日は約23時間56分で、24時間より約4分短い
遠くの星を基準にして地球が1回転する時間を「恒星日」といいます。国立天文台暦計算室によると、1恒星日は約23時間56分です。私たちが日常で使う平均的な1日、つまり約24時間の太陽日より約4分短くなります。
なぜ差が生じるのでしょうか。地球は自転と同じ向きに太陽のまわりを公転しているため、遠くの星に対して1回転した時点では、太陽はまだ前日と同じ方向には見えません。地球は公転によって1日あたり軌道上をおよそ1度進むので、太陽を前日と同じ位置に戻すには、地球がもう少し余分に自転する必要があります。
その余分な回転にかかる時間がおよそ4分です。このため、星を基準にした1日は約23時間56分、太陽を基準にした1日は約24時間になります。
星は同じ時計時刻では毎日少しずつ西へずれて見える
恒星日が24時間より約4分短いということは、ある星が同じ場所まで戻ってくる時刻が、時計では前日より約4分早くなるということです。
たとえば、ある星が今夜21時に南の空で最も高くなったとします。翌日はおおよそ20時56分、その次の日は20時52分というように、南中する時刻は平均して少しずつ早まります。
逆に毎日21時という同じ時計時刻に空を見れば、その星は前日より少し先まで日周運動を進めているため、少し西側に見えます。国立天文台は、平均太陽日と恒星日の約4分の差によって恒星の南中時刻が毎日約4分ずつ早まり、季節の星座が変化すると説明しています。
1日ではわずかな差ですが、積み重なると大きな変化になります。
約4分のずれは1か月で約2時間になる
1日約4分の差を30日積み重ねると、約120分、つまり約2時間になります。3か月では約6時間、半年では約12時間です。
たとえば冬の夜21時に南の空でよく見える星座があったとします。3か月後には、その星座は同じ位置をおよそ15時ごろに通る計算になります。その時刻はまだ昼間なので、太陽の明るさに隠れて見えにくくなります。
さらに半年後には、同じ星座が昼間の時間帯に空を通り、その代わりに地球から見て反対方向にある星座が夜空で目立つようになります。NASA/JPLも、星は毎日約4分ずつ早く昇り、1か月で約2時間の差になるため、半年後には夏と冬の星空が入れ替わると説明しています。
「季節の星座」はその季節にしか存在しないわけではない
春の星座、夏の星座、秋の星座、冬の星座という言い方がありますが、その星座が特定の季節にしか空に存在しないわけではありません。
国立天文台暦計算室は、多くの星座は時間を選べば、太陽に近づく1〜2か月ほどを除いて、ほぼ1年中見ることができると説明しています。季節の星座という言葉は、主にその季節の見やすい時間帯、たとえば夜20時ごろに高い位置に見える代表的な星座を指すものです。
冬の代表とされるオリオン座も、冬以外に完全に消えるわけではありません。秋には夜遅くに東から昇り、春には夕方の西空で見られる時期があります。ただし夏ごろには太陽と近い方向に位置するため、夜空では見にくくなります。
つまり「季節」は星座の存在期間ではなく、観察しやすい時刻と位置を表す目安だと考えると分かりやすくなります。
星座が見えない時期は太陽の向こう側にあるように見える
ある星座が夜に見えにくい季節には、その星座は地球から見ると太陽に近い方向にあります。
たとえばNASAの説明では、北半球で9月ごろにうお座が夜に見える一方、おとめ座は太陽と同じ側の方向にあるため、主に昼間の空に位置して見えません。おとめ座の星々そのものがなくなったわけではなく、太陽光の明るさのため肉眼では確認しにくいのです。
地球がさらに公転すると太陽と星座の見かけの位置関係が変わり、その星座は明け方の空に現れ、やがて夜の早い時間にも見えるようになります。こうして星座は1年を通じて夜空へ戻ってきます。
同じ季節でも見る時刻によって星空は大きく変わる
季節だけでなく、1日の中の観察時刻も重要です。地球は約24時間で自転するため、数時間たつだけでも見える星の位置は大きく変わります。
夕方には東の空に低く見えていた星座が、真夜中には南の空で高くなり、明け方には西へ沈むことがあります。そのため「春の星座は何か」という問いも、本来は何時ごろ見るかという条件を含んでいます。
国立天文台の季節の星座の解説でも、星空から季節を判断するには、星座そのものだけでなく「いつ、どこに見えるか」が必要だとされています。季節の代表星座は、一般に観察しやすい夜の時間帯を基準に整理されているのです。
見る場所の緯度によって見える星も変わる
季節が同じでも、地球上のどこから見るかによって見える星空は同じではありません。地球が球形であるため、北半球と南半球では空に向く方向が異なります。
NASAも、観測地点によって見える星座や空での高さが変わると説明しています。北半球の高緯度地域からは北天の星を多く見ることができる一方、南半球では南天の星座がよく見えます。
日本では北極星やカシオペヤ座、北斗七星など北の空にある天体は、季節によって位置や見やすい時刻を変えながらも、比較的長い期間観察できます。特に北極に近い方向にある周極星は、緯度によっては一年中地平線の下へ沈みません。
したがって「季節によって見える星が変わる」という仕組みには、公転による年周変化に加え、観測地点の緯度や観測時刻も関わっています。
季節の星空と気象の季節は同じ原因ではない
ここで混同しやすいのが、「夏や冬が生じる理由」と「夜に見える星座が季節で変わる理由」です。
気温や昼の長さが変わる季節は、地球の自転軸が公転面に対して約23.4度傾いたまま太陽のまわりを公転することによって生じます。国立天文台は、北半球が太陽側へ傾く時期が北半球の夏、反対側へ傾く時期が冬になると説明しています。
一方、夜空に見える星座が年間で入れ替わる基本的な原因は、地球が公転することで夜側が向く宇宙の方向が変わることです。自転軸の傾きは星の高度や見え方にも影響しますが、「半年後に夜空の向きがほぼ反対になる」という年周変化自体は地球の公転によって生じます。
つまり、気象的な季節と季節の星空はどちらも地球の公転と関係していますが、同じ仕組みを指しているわけではありません。
1年たつとほぼ同じ季節の星空に戻る
地球が太陽のまわりを1周すると、地球と太陽、遠くの星々の方向関係はほぼ元に戻ります。そのため、同じ季節・同じ時刻には前年とよく似た星空が見えます。
これが、オリオン座を冬、さそり座を夏といった形で毎年ほぼ同じ季節に観察できる理由です。昔の人々も、特定の星が夕方や明け方のどの位置に見えるかを農作業や季節判断の目安に利用してきました。
国立天文台の資料には、日本で星の出入りや南中の時期が農作業の季節を知る目安として使われていた例も紹介されています。星空の年周変化が高い規則性を持つからこそ、季節の指標として利用できたのです。
まとめ
同じ時刻に見える星空が季節ごとに変わるのは、地球が自転しながら太陽のまわりを公転しているためです。地球が軌道上を移動すると、夜側から見える宇宙の方向が毎日少しずつ変わります。
遠くの星を基準にした1恒星日は約23時間56分で、約24時間の太陽日よりおよそ4分短くなります。この差のため、恒星は同じ時計時刻では毎日少しずつ西へずれ、昇る時刻や南中する時刻が平均して約4分ずつ早まります。
約4分のずれは1か月で約2時間、半年で約12時間に達します。その結果、半年後には夜側から見える方向が大きく変わり、季節を代表する星座が入れ替わります。ただし、多くの星座は特定の季節にしか存在するわけではなく、観測時刻を変えれば別の季節にも見えることがあります。
季節の星空は、星が毎年大きく移動する現象ではありません。動いている地球から、宇宙のどの方向を夜に見ているかが変わることで生まれる、規則的な見かけの変化なのです。
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